DE69431861T2

DE69431861T2 - Apparat und Verfahren für räumlich geordnete Phasenkodierung in magnetischer Resonanz unter Verwendung zeitlich variierender elektrischer Felder

Info

Publication number: DE69431861T2
Application number: DE69431861T
Authority: DE
Inventors: Ernest Wollin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2014-06-24
Also published as: IL109788A; IL109788A0; US5412322A; CA2124634C; CA2124634A1; JPH0767853A; JP2957416B2; EP0631151B1; DE69431861D1; EP0631151A1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Magnetresonanzbilderzeugung oder -tomographie (MRI) und insbesondere die Bildung von Gradientenfeldern in einem Abbildungsvolumen.
Eine bekannte MRI-Vorrichtung, z. B. die in Fig. 1 dargestellte und im US-Patent 4 952 878 offenbarte, besteht aus einem Magnetsystem 2 und einer Magnetversorgungsquelle 6 zur Erzeugung eines homogenen stationären Magnetfeldes Ho. Ein Magnetsystem 4 und eine Versorgungsquelle 8 erzeugen magnetische Gradientenfelder, und eine HF-Spule 10, die mit einem HF- Verstärker 12 verbunden ist, erzeugt ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld.
Das gleichmäßige Magnetfeld Ho, das vom Magnetsystem 2 und von der Magnetversorgungsquelle 6 erzeugt wird, entsteht in einem Abbildungsvolumen entlang einer z-Achse und bewirkt, daß die Kerne im Objekt die Tendenz haben, sich entlang der z- Achse auszurichten. Die Kerne präzedieren um die z-Achse mit ihren Larmorfrequenzen entsprechend der folgenden Formel:
ωo = γHo (1),
wobei ωo die Larmorfrequenz mit einer Feldstärke von Ho und γ das gyromagnetische Verhältnis ist. Das gyromagnetische Verhältnis γ ist eine Konstante und ist eine Eigenschaft des bestimmten subatomaren Teilchens. Beispielsweise ist das gyromagnetische Verhältnis γ für Wasserprotonen 42,6 MHz/Tesla (4,26 kHz/Gauß). In einem polarisierenden Magnetfeld Ho von 1,5 Tesla ist die Resonanz- oder Larmorfrequenz von Wasserpro- Zonen annähernd 63,9 MHz.
In einer typischen Abbildungssequenz werden die HF- Spulen 10 verwendet, um ein HF-Signal zu erzeugen, das in der Larmorfrequenz ωo zentriert ist. In Verbindung mit diesem HF- Signal wird mit den Gradientenspulen 4 ein Magnetfeldgradient Gz erzeugt, so daß nur die Kerne in einer gewählten Scheibe des Objekts entlang der x-y-Ebene, die eine Resonanzfrequenz haben, die in der Larmorfrequenz ωo zentriert ist, erregt werden und Energie absorbieren. Als nächstes werden die Gradientenspulen 4 verwendet, um Magnetfeldgradienten entlang der x- und y-Achse zu erzeugen. Das heißt, der x-Achsengradient Gx unterzieht die präzedierenden Kerne kontinuierlich einer räumlichen Frequenzcodierung, und der y-Achsengradient Gy wird verwendet, um die Kerne einer Pulsphasencodierung zu unterziehen.
Die HF-Spulen 10 können in Form eines "Vogelkäfigs" oder "Laufradkäfigs" ausgebildet sein, wie in Fig. 2 gezeigt. Weitere HF-Spulenausführungen sind ebenfalls bekannt, z. B. die, die in den US-Patenten 4 717 881, 4 757 290, 4 833 409, 4 916 418, 5 017 872, 5 041 790, 5 057 778 und 5 081 418 offenbart sind. Die HF-Spulen 10 erzeugen ein zirkular polarisiertes HF-Feld, das nahe der Larmorfrequenz über den Antennendrähten 30 der Spule rotiert. Die HF-Spulen 10 werden auch verwendet, um Signale aus dem Objekt zu detektieren und die detektierten Signale an einen Signalverstärker 14, einen phasenempfindlichen Gleichrichter 16 und eine Steuervorrichtung 18 weiterzugeben.
Nachstehend wird der oben genannte Prozeß ausführlicher beschrieben. Die Spins (Eigenrotationen) der Kerne haben ein Drehimpuls , der durch das gyromagnetische Verhältnis γ mit ihrem magnetischen Moment in Beziehung steht, nämlich:
= γ (2).
Mit Bezug auf Fig. 3 hat ein einzelner Kern 1 ein magnetisches Moment 3. Alle Spins unterliegen einem Gesamtumgebungsmagnetfeld , das in der folgenden Gleichung definiert ist:
= hx + hy + (Ho + hz) (3).
Infolge des Gesamtmagnetfeldes wird bei jedem Spin ein Drehmoment erzeugt. Mit Bezug auf Fig. 3 erzeugt das Gesamtmagnetfeld am Kern 1 ein Drehmoment , um zu bewirken, daß die Kerne 1 präzedieren. Das erzeugte Drehmoment ist durch die folgende Gleichung definiert:
= · = d /dt (4).
Nach Ersetzung und Umstellung der oben angeführten Gleichungen ergibt sich:
oder
d = ( · γ )dt (6).
Aus der Gleichung (6) geht hervor, daß die Raumphaseninkrementdifferenz d jedes Spins auf ein Kreuzprodukt der Richtung jedes Spins mit dem umgebenden Magnetfeld , multipliziert mit der gyromagentischen Konstante γ, bezogen ist.
Durch Ersetzung ergibt sich aus den oben angeführten Gleichungen folgendes:
d = ( · γ( hx + hy))dt + ( · γ (Ho + hz))dt (7),
oder
d d + d (8),
wobei d eine Inkrementdifferenz der Raumphase der Präzession von um eine Achse senkrecht zur z-Achse ist und d die Inkrementdifferenz der Raumphase der Präzession von um die z- Achse 7 ist. Dadurch wird die zeitvariable Winkelbeziehung jedes magnetischen Moments durch das angelegte umgebende Magnetfeld gesteuert.
Eine Inkrementdifferenz d von wird erzeugt, wenn hx + hy synchron mit mit der Larmorfrequenz rotiert. Häufig werden HF-Spulen 10 verwendet, um ein solches zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld, das mit der Larmorfrequenz ωo rotiert, dadurch zu erzeugen, daß die Werte von hx + hy selektiv gewählt werden. Infolgedessen wird eine Wechselwirkungsenergie Wm auf die Spins übertragen und ist gegeben durch:
dWm = - ·d = -( · (Ho + hz))·d (9),
Wm = u(Ho + hz)(cosθ - 1) (10).
Wenn die Spins mit dem umgebenden Medium gekoppelt sind, um eine Relaxation des Zustandes der minimalen Energie Wm vor der Einwirkung von hx + hy zu erlauben, dann ist der Mittelwert von für ein diskretes Volumen der Spins auf einem Minimum. Die Vektorsumme jedes der magnetischen Momente in einem diskreten Volumen erzeugt dann eine Nettomagnetisierung , die mit der z-Achse ausgerichtet ist. Die durch hx + hy erzeugten Präzessionen der Spins um eine Achse senkrecht zur z-Achse verleihen der Nettomagnetisierung eine Quermagnetisierungskomponente T mit einer Raumphase φ. Die Stärke der Quermagnetisierung T ist eine Funktion der Anzahl der Spins in jedem diskreten Probenvolumen und der vorherigen Erregungs- und Relaxationsgeschichte dieser Spins. Die Quermagnetisierung T ist durch die Permeabilität des freien Raums uo eine Komponente der Intensität einer rotierenden Gesamtflußdichte T, nämlich:
T = uo( hx + hy + T) (11).
Wenn eine Antennenschleife mit ihrem Flächenvektor senkrecht zur z-Achse angeordnet ist, wird in ihr eine Spannung induziert, die proportional der Zeitableitung von T ist und außerdem eine Funktion der Geometrie der leitenden Antennenschleife und der räumlichen Verteilung der diskreten Probenvolumen ist, die jeweils einen einzelnen Wert T enthalten. Diese funktionelle Abhängigkeit ist gegeben durch die Maxwell- Faraday-Gleichung und das Vektorempfangsfeld der Antennengeometrie die experimentell bestimmt werden können. Die Quermagnetisierung T hat eine momentane Rotationsfrequenz:
dφ/dt = γ(Ho + hz) ωo + ωz (12)
ωo γHo; ωz γhz(13)
Ein Polyektorfeld ist als der Gradient von hz definiert und nach der folgenden Gleichung bestimmt:
Wie oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, stellen die Gradientenmagneten 4 oder ein anderer Typ von "Gradientenspulen" eine Raumadresse für jede diskrete Komponente des Abbildungsvolumens dar. Das Polyektorfeld mit den Komponenten Gx, Gy und Gz, das in der Gleichung 14 definiert ist, wird durch Erregung der Gradientenspulen über ein längeres Impulsintervall oder durch Inkrementierung der Amplitude des Erregungsstroms erfolgreich inkrementiert. Das Signal aus dem Abbildungsvolumen wird durch Fourier-Transformation oder eine andere Integraltransformation analysiert, um eine mathematische Darstellung der Raumadresse der Quermagnetisierung T in der komplexen Ebene zu erzeugen.
Ein Problem bei vielen bekannten MRI-Systemen besteht jedoch darin, daß die Zeit, die benötigt wird, um das Bild zu erzeugen, relativ lang ist, beispielsweise etwa 6 min. Während dieser Zeit muß das abzubildende Objekt, z. B. der Patient, bewegungslos bleiben.
Die bekannten MRI-Systeme haben auch durch die Art und Weise, wie Gradientenfelder erzeugt werden, einen Nachteil. Gradientenfeldererzeugungssysteme, z. B. das Versorgungssystem 8 und das Gradientenmagnetsystem 4 in Fig. 1, müssen hohe Ströme schnell pulsieren lassen, während gleichzeitig die Stärke dieser Ströme genau gesteuert wird. Das Pulsieren der hohen Ströme erzeugt ein pochendes Geräusch, das häufig durch Ohrstopfen bekämpft werden muß. Obwohl viele Typen von MRI- Impulssequenzen dazu beitragen können, die Zeit zu verkürzen, die benötigt wird, um ein Bild abzutasten, wird der Schaltungsaufbau in diesen Versorgungssystemen extrem komplex und sehr teuer, wenn eine genaue Steuerung hoher Ströme durchgeführt wird.
Ein zusätzliches Problem bei vielen MRI-Systemen besteht darin, daß sie keine rotierenden Gradientenfelder erzeugen können, die für Bilderfassungstechniken zur Projektionsrekonstruktion hinreichend linear sind. Diese MRI-Systeme sind also nicht in der Lage, Bilder durch Techniken, wie etwa Projektionsrekonstruktion, zu erzeugen, sondern müssen sich statt dessen auf eine zwei- oder dreidimensionale verkürzte Fourier- Reihe und die Fourier-Transformation verlassen, um ein Bild zu erzeugen.
Die bekannten MRI-Systeme haben ferner den Nachteil, daß die Gradientenfelder nur bis zu einer Näherung erster Ordnung der gewünschten linearen Gradientenfelder erzeugt werden. Da die Gradientenfelder nur Näherungen der gewünschten linearen Feldern erzeugten, waren einige der bisher verwendeten Bildrekonstruktionssysteme infolgedessen mangelhaft.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine MRI- Vorrichtung bereitzustellen, die diese bekannten Probleme beseitigt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die lineare magnetische Feldgradienten erzeugen kann.
Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die magnetische Feldgradienten durch Erzeugung von zeitvariablen elektrischen Feldern erzeugt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die ein "Echtzeitbild" eines Objekts erzeugt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die ein Bild eines Objekts durch Projektionsrekonstruktionstechniken erzeugt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine MRI-Vorrichtung bereitzustellen, die ein Bild erzeugen kann, ohne daß die zwei- oder dreidimensionale Fourier- Transformation herangezogen werden muß, die dagegen alternative Verfahren zur Verarbeitung von detektierten Signalen von einem Objekt verwendet.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von magnetischen Feldgradienten bereitzustellen, die in der Spektroskopie sowie in anderen Anwendungen in Verbindung mit Magnetresonanz geeignet ist.
Erfindungsgemäß werden die vorstehenden Aufgaben mit einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 6 und mit einem entsprechenden Verfahren nach den Ansprüchen 15 bzw. 20 gelöst. Zusätzliche Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt. Die erfindungsgemäße MRI-Vorrichtung weist ein Magnetsystem oder ein anderes herkömmliches System zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes auf, das entlang der z-Achse gerichtet ist. In einer Vorrichtung nach Anspruch 1 sind mehrere Drähte parallel zueinander entlang der z-Achse in einer typischen "Vogelkäfig"- oder "Laufradkäfig"-Konfiguration angeordnet, die auf eine Frequenz nahe der Larmorfrequenz ωo abgestimmt ist.
Ein zirkular polarisiertes HF-Feld, das nahe der Larmorfrequenz ωo zentriert ist, wird erzeugt, so daß es um die Drahtleiter rotiert. Die Sinusspannungsquelle mit einer Frequenz ωp, die kleiner ist als die Larmorfrequenz ωo, wird sequentiell als räumliche zylindrische Oberwelle an diametral entgegengesetzte Drahtleiter mit einer Raumwinkelfrequenz von ωs angelegt, wobei ωs sehr viel kleiner ist als die Frequenzen ωo und ωp.
Die elektrische Stromdichte, die von der Spannungsquelle der Frequenz ωp erzeugt wird, erzeugt ein Magnetfeld in dem Objekt, das die Phase jedes Spins in einem periodischen und räumlich geordneten Feld ändert. Die Quermagnetisierung T der Kerne erzeugt ein HF-Signal, das von den Drahtleitern detektiert wird und dann an eine Steuervorrichtung zur Signalverarbeitung übergeben wird.
Die Steuervorrichtung kann das Signal als schnell wiederholte, stetige analytische Funktion im Ursprung der komplexen "K"-Ebene durch analytische Kontinuation analysieren. Außerdem kann die Steuervorrichtung die empfangenen Signale als eine kontinuierliche Menge von schnell rotierenden Ansichten der Summe der Quermagnetisierung T durch Projektionsrekonstruktion analysieren. Die Bestimmung der Quermagnetisierung T kann mit Bessel-Funktionen oder mit den Lösungen des Sommerfeldschen Integrals durchgeführt werden, die beide die Verwendung von Nachschlagtabellen ermöglichen.
Die Erfindung kann daher die notwendigen magnetischen Feldgradienten durch Anlegen von zeitvariablen elektrischen Feldern an eine HF-Spulenanordnung erzeugen. Die herkömmlichen "Gradientenspulen" werden bei der Ausbildung von Bildern mit einer MRI-Vorrichtung nicht mehr benötigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verzichtet jedoch nicht unbedingt auf die herkömmlichen Gradientenspulen, da das Anlegen von zeitvariablen elektrischen Feldern in Verbindung mit den herkömmlichen Gradientenspulen verwendet werden kann. Beispielsweise können die von den elektrischen Feldern erzeugten Gradientenfelder verwendet werden, um einen Teil der Phasencodierung, die mit den herkömmlichen Gradientenspulen erzeugt wird, aufzufächern oder zu verbessern. Infolgedessen kann das von der MRI-Vorrichtung erzeugte Bild schmaler gemacht werden, und die Vorrichtung kann somit auf einen bestimmten, in Betracht kommenden Bereich fokussiert werden und alle anderen Bereiche ausblenden.
Zusätzliche Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung aufgeführt und sind bei Lektüre dieser Beschreibung oder bei der praktischen Umsetzung der Erfindung für den Fachmann verständlich. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mit den beigefügten Ansprüchen gelöst und realisiert werden.
Die beigefügten Zeichnungen, die Teil der Erfindung sind und einen Teil der Beschreibung bilden, stellen bestimmte Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer bekannten MRI-Vorrichtung;
Fig. 2 eine bekannte HF-Spulenanordnung;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines präzedierenden Kernspins;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 ein Beispieldiagramm des Schaltungsaufbaus, der für die Erzeugung von magnetischen Feldgradienten durch elektrische Felder verwendet wird; und
Fig. 6 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform der MRI-Vorrichtung.
Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
Mit Bezug auf Fig. 4 weist eine erfindungsgemäße MRI- Vorrichtung ein Magnetsystem 2 zur Erzeugung eines homogenen stationären magnetischen Feldes Ho und eine Versorgungsquelle 6 zur Versorgung des Magnetsystems 2 mit einem Betriebsstrom auf. Das Magnetsystem 2 kann ein supraleitendes System sein, das eine Verbindung mit einer Kühlvorrichtung 26 über eine Kühlleitung 27 erfordert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen spezifischen Typ von Magnetsystem 2 beschränkt, und es können andere Typen von Magnetsystemen 2, z. B. Permanentmagneten oder nichtpermanente Widerstandsmagneten als Alternative verwendet werden.
Ein phasenempfindlicher Gleichrichter 16 empfängt ein Signal von einem Oszillator 24 und liefert ein Ausgangssignal an eine Steuervorrichtung 18. Die Steuervorrichtung 18 erzeugt zusammen mit einem Modulator 20, der unter Steuerung der Steuervorrichtung 18 steht, ein Signal, das nahe der Larmorfrequenz moduliert ist und das mit einem HF-Verstärker 12 verstärkt und dann an eine Schnittstellenschaltung 15 übergeben wird.
Die Schnittstellenschaltung 15 kann ein Amplituden- und Phasensteuernetz 42 aufweisen, z. B. eines, das in Fig. 2 dargestellt ist. Die Schnittstellenschaltung 15 steuert individuell die Spannungen, die an jeden der mehreren Drähte 30 angelegt wird, die einen Teil der HF-Spulenanordnung 13 bilden. Vorzugsweise erzeugt die Schnittstellenschaltung 15 ein zirkular polarisiertes HF-Feld mit einer Frequenz, die nahe der Larmorfrequenz ωo zentriert ist und die über den Drähten 30 der HF-Spulenanordnung 13 rotiert.
Die Steuervorrichtung 18 erzeugt auch zusammen mit einem zweiten Modulator 17, der von der Steuervorrichtung 18 gesteuert wird, eine Sinusspannung mit einer Frequenz ωp. Dieses Signal wird von einem Niederfrequenzverstärker 19 verstärkt, bevor es an die Schnittstellenschaltung 15 übergeben wird. Die Schnittstellenschaltung 15 weist eine Schaltungsanordnung 50 auf, die schematisch in Fig. 5 dargestellt ist, zur Erzeugung von elektrischen Feldern aus der Sinusspannung. Die Schaltungsanordnung 50 weist einen Mehrphasensynchrongenerator 52 auf, zum Aufnehmen der Spannungsquelle Vp an seinen Anschlüssen, die vorzugsweise ein Sinusspannungssignal darstellt, das Vp sin(ωpt) entspricht. Der Mehrphasensynchrongenerator 52 rotiert mit einer Frequenz ω&sub1; und legt das Spannungssignal Vp an jedes Paar gegenüberliegender Leiterdrähte 30 als räumliche zylindrische Oberwellenfunktion der rotierenden Frequenz ω&sub3; der Primärwicklung an, die in Fig. 5 dargestellt ist.
Die Spulenanordnung 13 mit den gegenüberliegenden Drähten 30 kann als herkömmliche "Vogelkäfig"- oder "Laufradkäfig"-Konfiguration ausgeführt sein, z. B. als eine, die in Fig. 2 dargestellt ist. Die Spulenanordnung ist auf eine Frequenz nahe der Larmorfrequenz ωo abgestimmt, so daß das zirkular polarisierte HF-Feld, das nahe der Larmorfrequenz ωo erzeugt wird, um die Drähte 30 rotieren kann. Ein erster Satz von Trennfiltern Z&sub1; dient zur Ausfilterung der zirkular polarisierten Spannungen, die nahe der Larmorfrequenz ωo erzeugt werden, und sind zwischen die Drähte 30 und Kontaktpunkte für den Mehrphasensynchrongenerator 52 geschaltet. Ein weiterer Satz von Filtern ist zwischen die Drähte 30 auf einem Ringleiter 34 der Spulenanordnung 13 geschaltet. Diese Filter Z&sub3; stimmen die Spulenanordnung 13 auf eine Frequenz nahe der Larmorfrequenz ωo ab, so daß die Spannungen nahe der Larmorfrequenz um die Spulenanordnung 13 rotieren und außerdem verhindern können, daß andere Signale, z. B. das Spannungssignal Vp, um die Spulenanordnung 13 rotieren.
Die Larmorfrequenz ωo, die Frequenz ωp des Spannungssignals Vp und die Frequenz ωs, mit der der Mehrphasensynchrongenerator rotiert, sind folgendermaßen gewählt:
ωo > ωp > ωs (15)
Die elektromechanische Mehrphasensynchrongeneratorkonfiguration 52 ist lediglich schematisch dargestellt und besteht vorzugsweise aus einer Festkörperschaltungsanordnung. Beispielweise kann der Mehrphasensynchrongenerator 52 durch ein Amplituden- und Phasensteuernetz und ein Spannungsteilernetz ersetzt werden, das eine räumliche zylindrische Oberwellenanordnung von Sinusspannungen mit einer zeitbezogenen Frequenz ωp erzeugt. Das Spannungsteilernetz kann dann periodisch die Anordnung von Sinusspannungen an gegenüberliegende Drahtleiter 30 mit einer räumlichen Winkelfrequenz ωs anlegen. Diese Spannungen werden periodisch über einen Raumwinkel α angelegt, wobei gilt:
α = ω&sub3;t (16).
Neben der Verwendung der Spulenanordnung 13 zur Aussendung von elektromagnetischen Feldern, die die Frequenzen ωo und ωp haben, wird die Spulenanordnung 13 außerdem vorzugsweise als Empfänger zum Detektieren von HF-Signalen verwendet, die von den Kernen in einem abzubildenden Objekt emittiert werden. Die mit der HF-Spulenanordnung detektierten Signale 13 werden durch einen Satz von Filtern Z&sub2; zur Ausfilterung unerwünschter Frequenzen und unerwünschter Signale geleitet, z. B. solcher, die zur Übertragung von Phasenmodulation dienen. Die detektierten Signale werden mit einem HF-Verstärker 14 detektiert, mit einem Gleichrichter 16 gleichgerichtet und dann in der Steuervorrichtung 18 verarbeitet, um ein Bild des Objekts zu konstruieren, das auf einem Monitor 22 dargestellt wird.
Die in Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform enthält keine herkömmlichen "Gradientenspulen", z. B. die Gradientenspulen 4 in Fig. 1. Statt dessen verwendet diese Ausführungsform eine HF-Spulenanordnung 13 zur Aussendung eines HF-Impulses und außerdem zur Erzeugung von magnetischen Feldgradienten. Wie diese Gradienten erzeugt werden und wie die detektierten Signale verarbeitet werden, wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Wie in Gleichung 17 gezeigt, ist das Gradientenfeld als der Gradient der z-Komponente hz des Magnetfeldes definiert.
hz (17)
Infolgedessen muß mit Bezug auf die folgenden Gleichungen 18 und 19 die Rotation des Gradientenfeldes null sein, und nach dem Stokesschen Theorem muß das Integral der geschlossenen Linie des Gradientenfeldes auch null sein. Obwohl die Rotation des Gradientenfeldes null ist, ist die Rotation des Magnetfeldes nicht null.
· 0, (but · ≠ 0) (18);
und
φ·d 0 (19);
wobei in einem kartesischen Koordinatensystem das Wegdifferenzelement d folgendermaßen definiert ist:
d = dx + dy + dz (20).
Daraus ergibt sich folgende Beziehung zwischen der z- Komponente hz des angelegten Magnetfeldes und des Gradientenfeldes :
und wenn man zylindrische Symmetrie voraussetzt:
∂hx/∂z = ∂hy/∂z = ∂hz/∂z = 0 (22).
Man kann daraus schließen, daß die Beziehung zwischen dem Gradientenfeld und dem Magnetfeld folgende ist:
= · ( · ) (23).
Die Beziehung zwischen der z-Komponente hz des Magnetfeldes und dem angelegten elektrischen Feld kann auch bestimmt werden. Aus einer der Maxwellschen Gleichungen ist bekannt, daß die Stromdichte gleich der Rotation des Magnetfeldes ist.
· =
= · (24).
Wie in Gleichung 25 gezeigt, besteht die Gesamtstromdichte T aus einer Anzahl von Komponenten.
T = Jx + Jy + Jz = i + ie + de (25);
wobei gilt:
i = eingeprägte (Quellen-)Stromdichte;
ie = effektive leitende elektrische Stromdichte = (σ&sub3; + ωp&epsi;") ; (26)
de = effektive Verschiebungsstromdichte; = jωp&epsi;' ; (27)
&epsi; = die komplexe Dielektrizitätskonstante &epsi; des Mediums; = &epsi;' - j&epsi;"; (28);
und
σs = die statische Leitfähigkeit.
Ein elektrisches Feld ist exponentiell folgendermaßen definiert:
= Eejωpt (29);
wobei = Ex + Ey (30).
Wenn man von einem quellenfreien Bereich ausgeht, ist die eingeprägte elektrische Stromdichte i null, und die Gesamtstromdichte T ist folgendermaßen reduziert:
T = 0 +(σs + ωp&epsi;" + jωp&epsi;') (31).
Die Gesamtstromdichte T, allgemeiner ausgedrückt, ist folgende:
Anhand der Beziehung zwischen dem Gradienten und der z- Komponente hz des Magnetfeldes (Gleichung 21) und der Beziehung zwischen dem Gradientenfeld und dem magnetischen Feld (Gleichung 23) kann die z-Komponente hz des Magnetfeldes als das elektrische Feld mit der folgenden Gleichung ausgedrückt werden:
Die z-Komponente hz des Magnetfeldes , die das Gradientenfeld definiert, kann also dadurch erzeugt werden, daß elektrische Felder an das Objekt angelegt werden. Die Beziehung zwischen der gewünschten z-Komponente hz und dem elektrischen Feld und somit die Beziehung zwischen dem Gradientenfeld und dem elektrischen Feld ist durch die Gleichung 33 bestimmt.
Um das Verständnis dieser Beziehung zu erleichtern, betrachten wir ein gleichmäßiges elektrisches Feld , das durch eine Spannung V erzeugt wird, die an zwei große leitende Platten angelegt wird. Die beiden leitenden Platten sind senkrecht zu der x-Achse, parallel zur der z-Achse und durch einen Abstand D voneinander getrennt. Die Komponenten des elektrischen Feldes, die durch diese Spannung V erzeugt werden, sind dann nach den folgenden Gleichungen bestimmt:
Ex =V/D; Ey = 0 (34)
Durch Integration der Gleichung 12 zur Auflösung nach der Phase φ als Funktion der Zeit ergibt sich die folgende Gleichung:
φ(t) = γ(ho + hz)dt (35).
Durch Einsetzen des Wertes der z-Komponente hz des Magnetfeldes aus der Gleichung 33 und durch deren Lösung ergibt sich die folgende zeitharmonische Form:
oder Echtzeitform:
Da die Quermagnetflußdichte T, die durch jedes Element im Objekt mit einer Fläche von dxdy in der komplexen x,jy-Ebene bekanntlich folgende ist:
BT(x,y,t) = uσMT(x,y)ejφ(y,t) (38),
ist die Spannung, die im Spulenelement 13 durch jedes Element dxdy erzeugt wird, folgende:
Durch Integration dieser Gleichung und durch Auflösung zur Ermittlung der induzierten Spannung ergibt sich:
In der Gleichung 40 ist vo(t) die Ausgangsspannung, die durch die Spulenanordnung 13 detektiert und durch die Steuereinrichtung 18 analysiert wird. Das Element B(y,t) in der Gleichung 40 ist eine Phasenmodulationsfunktion des Raumes und der Zeit, die auch durch die Steuervorrichtung 18 bestimmt wird. Da vo(t) und B(y,t) bekannte Variable sind, kann die Gleichung 40 gelöst werden, um das Element A(y) und somit die Projektion der Quermagnetisierung T zu bestimmen.
Dadurch ergibt sich eine Ansicht einer Projektionsrekonstruktion des Bildes. Wenn die Gleichung 40 einer komplexen Raumtransformation unterzogen wird, z. B. der Fourier-Transformation, kann ein analytisches kontinuierliches Segment der komplexen "K"-Ebene bestimmt werden.
Bis zu diesem Punkt ist die Quermagnetisierung T bestimmt worden, als wenn die elektrischen Felder aus zwei parallelen leitenden Platten erzeugt worden wären. Da die Ausführungsform in Fig. 4 mehrere Drähte 30 hat, nähert sich jedes Paar gegenüberliegender Drähte 30 als Infinitesimalelement einem Paar leitender Platten im Objekt. Durch konforme Transformation, die für den Fachmann möglich ist, wird der verallgemeinerte orthogonale geradlinige Raum durch die Chauchy- Reimann-Differenzialgleichungen in einen orthogonalen krummlinigen Raum übertragen, so daß das elektrische Phasencodierungsfeld durch eine Anordnung von Leitern erzeugt werden kann, die parallel zur z-Achse um den Umfang des abzubildenden Objekts angeordnet sind. Die Raumadresse jedes Elements T wird ebenfalls einer konformen Transformation unterzogen. Der Zweck der konformen Transformation ist es, die Beziehungen, die durch zwei parallele Plattenleiter definiert sind, in die Beziehungen zu übertragen, die in der Ausführungsform in Fig. 4 vorliegen.
Als nächstes wird durch langsame Drehung der Spannungsquelle Vp um die Drähte 30 im Raumwinkel α eine kontinuierliche Menge von Ansichten einer Projektionsrekonstruktion erzeugt. Jede Ansicht ist der Mittelwert einer Anzahl von Bildern in der Zeit, so daß das Signal-Rausch-Verhältnis dadurch verbessert wird. Die Rotation der Spannungsquelle Vp kann auch als die Erzeugung eines "n-blättrigen Rosenmusters" eng beabstandeter Linien visualisiert werden, die im Ursprung der komplexen "K"-Ebene zentriert sind.
Die räumliche Verteilung von T kann kontinuierlich berechnet werden, um dadurch ein virtuelles "Echtzeitbild" zu erzeugen, während gleichzeitig HF-Energie an das abzubildende Objekt angelegt oder HF-Energie von diesem empfangen wird.
Eine alternative Art und Weise zur Bestimmung der Quermagnetisierung T setzt die Verwendung von Bessel-Funktionen voraus. Wenn wir wieder der Analyse der parallelen leitenden Platten zuwenden, so kann die Phase φ als Funktion der Zeit in der folgenden Gleichung dargestellt werden:
φ(y,t) = γ(Ho + hz)dt (41).
Nachdem in der Formel die z-Komponente hz des Magnetfeldes ersetzt worden ist, kann die Phasenfunktion φ in Echtzeit folgendermaßen dargestellt werden:
φ = γHot + y(γ)(C)(V/D)(1/ωp)sin(ωpt) (42).
Die Quermagnetflußdichte T ist bekanntlich wie folgt:
BT(x,y,t) = uσMT(x,y)ejφ(y,t) (43).
Wenn eine Spule in der x-z-Ebene angeordnet ist, wird eine Spannung V(t) in der Spule induziert, nämlich:
Da die Gleichung 42 ein Ausdruck für φ ist, kann sinφ in der Gleichung 44 folgendermaßen erweitert werden:
sinφ = sin(ωot + Aysinωpt) (45).
In der Gleichung 45 sind die Konstanten A und ωo folgendermaßen definiert:
Unter Verwendung von Bessel-Funktionen kann der Ausdruck sinφ folgendermaßen dargestellt werden:
sinφ = Jo(Ay)sin(ωot) + Σ Jn(Ay)[(-1)n+1sin(ωo + nωp)t + (-1)nsin(ωo - nωp)t] (47);
und
dsinφ/dt = ωoJo(Ay)cos(ωot) + Σ Jn(Ay) (-1)n+1(ωo + nωp) ·cos(ωo + nωp)t + (-1)n(ωo - nωp)cos(ωo - nωp)t (45).
In herkömmlichen Systemen wird ein frei induziertes abklingendes Signal erzeugt, indem die Absorptionslinie durch eine herkömmliche Gradientenspule verbreitert wird. Das frei induzierte abklingende Signal ist der Fourier-Koeffizient der Quermagnetisierung T, die senkrecht zum Gradienten projiziert wird. Dagegen moduliert in der Ausführungsform in Fig. 4 ein elektrisches Feld das Phaseninkrement, um ein Linienspektrum zu erzeugen, das in der Larmorfrequenz zentriert ist. Die Amplituden des Linienspektrums entsprechen dem Integral der Projektion MT, die entlang dem elektrischen Feld gewonnen wird, das mit einer Bessel-Funktion gewichtet ist, dessen Ordnung die Ordnung jeder Oberwelle und dessen Stärke proportional zur Position jedes Elements der Projektion entlang dem Gradienten senkrecht zum elektrischen Feld ist.
Für jede Oberwelle n im Linienspektrum ist die Summe des oberen und unteren Seitenbandausgangsspannung, die durch die Spulenanordnung detektiert wird, wie folgt:
Vn = P(y,n)Jn(Ay)dy (49),
wobei gilt:
P(y,n) = 2uonωp f(x,y,n)MT(x,y)dx (49a).
Aus den Gleichungen 49 und 49a kann die Projektion der Quermagnetisierung T bestimmt werden. Wenn die Projektion der Quermagnetisierung T bestimmt worden ist, kann jeder Fachmann ein Bild des Objekts erzeugen.
Eine dritte Art und Weise, wie die Steuervorrichtung 18 die detektierten Signale verarbeiten und ein Bild eines Objekts erzeugen kann, erfolgt unter Verwendung des Sommerfeldschen Integrals. Die Quermagnetfelddichte T, die das Ergebnis ist, das von der Spulenanordnung 13 detektiert wird, ist folgende:
BT(t) = uoejωot MT(y)e-jAysinωptdy (53).
Die Fourier-Transformation der Quermagnetfelddichte T ergibt folgendes:
Wenn die folgenden Variablen folgendermaßen definiert sind:
dann kann ein Teil der Gleichung 54 auf das Sommerfeldsche Integral verkürzt werden, wie folgt:
Dadurch kann die Gleichung 54 weiter vereinfacht werden, nämlich:
wobei Zn(ρ) die Lösungen des Sommerfeldschen Integrals sind. Der Frequenzinhalt der Spannung, die mit der Spulenanordnung 13 detektiert wird, bestimmt die Variable G(w). Außerdem kann mit jedem Wert y und n die Steuervorrichtung 18 unter Verwendung bekannter Tabellen und Verfahren für die verschiedenen Lösungen des Sommerfeldschen Integrals einen Wert für Zn(ρ) bestimmen. Demzufolge kann die Quermagnetisierung T bestimmt und ein Bild des Objekts erzeugt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Wie in dieser Figur gezeigt, weist die MRI- Vorrichtung eine herkömmliche Menge von Gradientenspulen 4 und eine Versorgungsquelle 8 zur Erzeugung von Gradientenfeldern auf. Die MRI-Vorrichtung weist ferner die in Fig. 4 der Erfindung gezeigte Schaltungsanordnung auf, die unter Verwendung elektrischer Felder Gradientenfelder erzeugt. Die MRI- Vorrichtung in Fig. 6 weist wie die Ausführungsform in Fig. 4 auch eine Schnittstellenschaltung 15, einen Modulator 17 und einen HF-Verstärker 19 auf.
Die durch die elektrischen Felder erzeugten Gradientenfelder können in der Ausführungsform in Fig. 6 verwendet werden, um einige der Gradientenfelder, die durch herkömmliche Gradientenspulen erzeugt werden, zu verbessern, oder zu entfächern. Dies kann in Anwendungen vorteilhaft sein, wo ein Bild lediglich eines kleinen Bereichs des Objekts gewünscht wird. Die Gradientenfelder, die durch die elektrischen Felder erzeugt werden, würden sich mit den Gradientenfeldern vereinigen, die durch die herkömmlichen Gradientenspulen erzeugt werden, wobei die resultierenden Gradientenfelder nur diesen kleinen Bereich im Objekt betreffen würden. Dabei wird ein schmaleres Bild des Objekts erzeugt, das nur diesen kleinen gewünschten Abschnitt des Objekts darstellt und das alle anderen Abschnitte des Objekts eliminiert.
Die HF-Spulenanordnung 13 kann auch verwendet werden, um Inhomogenitäten der komplexen Dielektrizitätskonstante zu korrigieren und außerdem die Anisotropie zu korrigieren. Diese Fehler können auf einer inhomogenen komplexen Dielektrizitätskonstante in dem Objekt beruhen, das den "Gradienten" je nach Polarität des angelegten elektrischen Feldes in entgegengesetzten Richtungen horizontal verschiebt. Die inhomogenen komplexen Dielektrizitätskonstanten verzerren die magnetischen Feldgradienten, die durch die HF-Spulenanordnung 13 erzeugt werden, wodurch die Gradientenfelder nichtlinear werden.
Um darzustellen, wie die HF-Spulenanordnung 13 diese Fehler korrigieren kann, betrachte man zuerst den Ausdruck für die Phase φ, der folgendermaßen lautet:
φ = γH&sub0;t + (γECcosωpt)dtdr (58).
Wenn man ein erstes Koordinatensystem T so definiert, daß es gleich r + js ist, ist eine erste detektierte Phase φ&sub1; wie folgt:
wobei die Variable C(r) folgendermaßen definiert ist:
C(r) C + &epsi;(r) (60),
und
Nachdem in der Formel C(r) in der Gleichung 59 ersetzt ist, lautet die Formel für die erste detektierte Phase φ&sub1;:
Wenn wir ein zweites Koordinatensystem W so definieren, daß es gleich u + jv ist, ist die zweite detektierte Phase φ&sub2; wie folgt:
wobei die Variable C(u), folgendermaßen definiert ist:
C(u) C + &epsi;(u) (64),
und
Nachdem in der Formel C(u) in der Gleichung 63 ersetzt ist, lautet die Formel für die zweite detektierte Phase φ&sub2; wie folgt:
Wenn die beiden Koordinatensysteme T und W jeweils durch die elektrischen Felder entgegengesetzter Polaritäten definiert sind, die auftreten, wenn angelegte Spannungen entgegengesetzte Polaritäten haben, dann sind die folgenden Variablen in den beiden Koordinatensystemen wie folgt aufeinander bezogen:
T = -W; r = -u; s = -v; E&sub3; = -Ev (67).
Mit der Gleichung 66 kann die Formel für die zweite detektierte Phase φ&sub2; folgendermaßen geändert werden:
was zu der Form verkürzt wird:
Da die folgende Gleichung erfüllt ist:
&epsi;(r)dr = &epsi;(-r)d(-r) (70),
ist die Summe der ersten detektierten Phase φ&sub1; und der zweiten detektierten Phase φ&sub2; wie folgt:
Wobei es sich um ein korrigiertes Phasensignal handelt, das durch kein Fehlersignal beeinflußt ist. Außerdem ist die Differenz zwischen der ersten detektierten Phase φ&sub1; und der zweiten detektierten Phase φ&sub2; gleich:
φ&sub1; - φ&sub2; = 2 &epsi;(r)dr(72) ,
wodurch das Fehlersignal vom phasencodierten Signal getrennt wird.
Wenn man die detektierten Signale subtrahiert und wenn die angelegten Spannungen von entgegengesetzter Polarität zueinander sind, heben sich die Fehler, die durch Inhomogenität und Anisotropie im Objekt verursacht werden, auf. Da das korrigierte Signal dadurch eine geringere Verzerrung hat, wird das Bild verbessert.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß die kostenaufwendigen und komplexen Gradientenspulen in der herkömmlichen MRI- Vorrichtung nicht mehr notwendig sind, da die Gradientenfelder durch das Anlegen einer zeitvariablen Spannung Vp an die HF- Spulenanordnung 13 erzeugt werden können. Infolge der zeitvariablen Spannung Vp werden elektrische Felder in dem Objekt erzeugt und erzeugen zeitvariable magnetische Felder, die eine gleichmäßige Rotation haben. Folglich erzeugt die erfindungsgemäße Vorrichtung lineare magnetische Feldgradienten.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß die Verarbeitung der detektierten Signale nicht auf die zwei- oder dreidimensionale verkürzte Fourier-Reihe oder Fourier- Transformation beschränkt ist. Viel mehr kann die erfindungsgemäße Vorrichtung die detektierten Signale durch Projektionstechniken verarbeiten und kann Bessel-Funktionen oder die Lösungen des Sommerfeldschen Integrals verwenden, um sie nach der Quermagnetisierung T auflösen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß Bildfehler beseitigt werden. Die Erfindung erzeugt keine Bildfehler, die durch die periodische Verschiebung von Spins erzeugt werden, die auf der Wechselwirkung ihrer Ladung und Masse mit dem angelegten elektrischen Feld beruhen, das eine Komponente der komplexen Dielektrizitätskonstante ist, jedoch rechtwinklig sowohl zur z-Achse als auch zum Gradientenfeld ist, da nur dann Phasenstreuungen erzeugt werden, wenn ein anderer Gradient entlang der Richtung des angelegten elektrischen Feldes angelegt wird. Wenn man diese Gradienten wie in der Ausführungsform in Fig. 6 kombiniert, ist eine selektive Entfächerung einiger der Spins im Abbildungsvolumen möglich.
Das Bild kann erfindungsgemäß auch dadurch verbessert werden, daß phasencodierte Signale detektiert werden, wenn die angelegten Spannungen entgegengesetzte Polaritäten haben. Durch Summierung von phasencodierten Signalen, die detektiert werden, wenn die angelegten Spannungen entgegengesetzte Polaritäten haben, heben sich Fehlerkomponenten der Signale durch Erzeugung eines korrigieren phasencodierten Signals gegenseitig auf. Das Fehlersignal kann auch durch Subtraktion der beiden phasencodierten Signale vom phasencodierten Signal getrennt werden. Das korrigierte phasencodierte Signal hat, da es kein Fehlersignal mehr enthält, weniger Verzerrung, wodurch ein verbessertes Bild des Subjekts entsteht.
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dient der Darstellung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und beschränkt die Erfindung nicht auf die genauen offenbarten Formen. Viele Modifikationen und Variationen sind im Lichte der oben beschriebenen Lehren möglich.
Obwohl beispielsweise die Ausführungsformen mit Bezug auf ein System beschrieben worden sind, das HF-Impulse verwendet, ist die Anwendung ebenso auf ein System mit ungedämpften Wellen anwendbar. Anstelle des Anlegens einer Spannung Vp, die eine konstante Frequenz ωp hat, kann ferner auch die Frequenz der angelegten Spannung Vp variieren, um die Resonanzen der Verteilung der komplexen Dielektrizitätskonstanten des Objekts festzustellen und komplexe Dielektrizitätskonstanten im Objekt zu messen.
Obwohl die elektrischen Felder verwendet worden sind, um magnetische Feldgradienten zur Erzeugung eines Bildes zu erzeugen, können die elektrischen Felder auch verwendet werden, um elektrische Feldgradienten zu erzeugen, die Teile eines Bildes zerstören. Daher kann ein schmaleres Bild erzeugt werden, das Abschnitte des Objekts, die nicht von Belang sind, nicht zeigt. Die Technik, wie man ein Bild schmaler macht, kann in der Spektoskropie verwendet werden, um eine Anzahl von Spins einer bestimmten Atomkernart zählen zu können. Es kann auch möglich sein, die Mobilität bestimmter Arten geladener Partikel mit dieser Technik zu identifizieren.
Außerdem wird die Erzeugung magnetischer Feldgradienten mit elektrischen Feldern in anderen Magnetresonanzanwendungen als der Magnetresonanztomographie eines Objekts angewendet. Beispielsweise kann eine Magnetresonanzvorrichtung verwendet werden, um zu bestimmen, ob Obst frisch ist, ob eine Tafel Schokolade gefroren war und dann aufgetaut wurde, und eine Menge anderer Möglichkeiten. Die Erfindung ist ebenfalls auf diese anderen Magnetresonanzanwendungen anwendbar.
Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung am besten zu erläutern, damit der Fachmann von der Erfindung und verschiedenen Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen, wie sie dem angestrebten Zweck entsprechen, bestens Gebrauch machen kann. Der Schutzbereich der Erfindung wird nur durch die hier beigefügten Ansprüche eingeschränkt.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung magnetischer Feldgradienten zur Verwendung bei der Magnetresonanzbilderzeugung eines Objekts, mit:

mehreren leitfähigen Drähten (30), die parallel zueinander angeordnet und in Form eines Zylinders ausgebildet sind, wobei die mehreren leitfähigen Drähte (30) nahe an eine Larmorfrequenz des Objekts so abgestimmt werden, daß Spannungen nahe der Larmorfrequenz sich um die Anordnung drehen können und andere Signale, z. B. Signale, die mit der ersten Frequenz schwingen, daran gehindert werden, sich um diese Anordnung zu drehen;

einem ersten Ringleiter, der die leitfähigen Drähte an einem Ende der leitfähigen Drähte (30) verbindet;

einem zweiten Ringleiter, der die leitfähigen Drähte (30) an einem dem einen Ende gegenüberliegenden Ende der leitfähigen Drähte (30) verbindet; gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zur Erzeugung einer zeitvariablen Spannung mit einer ersten Frequenz, die kleiner ist als die Larmorfrequenz des Objekts; und

eine Einrichtung, die geeignet ist, die zeitvariable Spannung an aufeinanderfolgende Paare von diametral entgegengesetzten Drähten mit einer Raumfrequenz anzulegen, wobei die Raumfrequenz viel kleiner ist als die erste Frequenz;

wobei die zeitvariable Spannung ein zeitvariables elektrisches Feld in einem Meßraum zwischen den Drähten und einen linearen magnetischen Feldgradienten in dem Meßraum erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die leitfähigen Drähte (30) in einer Vogelkäfigkonfiguration angeordnet sind, die auf die Larmorfrequenz abgestimmt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit:

einer Einrichtung (18, 20) zur Erzeugung eines Hochfrequenzfeldes mit einer Frequenz, die nahe der Larmorfrequenz zentriert ist; und

einer Einrichtung (15) zum Anlegen des Hochfrequenzfeldes an die leitfähigen Drähte;

wobei die Hochfrequenzfelder zirkular polarisiert sind und sich um die leitfähigen Drähte drehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner mit:

einem ersten Satz (21) von Filtern, die an den ersten Ringleiter zwischen den leitfähigen Drähten angeschlossen sind, zum Abstimmen der leitfähigen Drähte nahe an die Larmorfrequenz; und

einem zweiten Satz (23) von Filtern, die zwischen die Anlegeeinrichtung und den ersten Ringleiter geschaltet sind, zum Durchlassen der ersten Frequenz und zum Ausfiltern der Larmorfrequenz.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die leitfähigen Drähte (30) Signale detektieren, die von dem Objekt erzeugt werden, und die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Verarbeitung der detektierten Signale aufweist, um ein Bild des Objekts zu erzeugen.

6. MRI-Vorrichtung zum Detektieren von Signalen von einem Objekt, mit:

einer Einrichtung (2) zur Erzeugung eines ersten Magnetfeldes entlang einer ersten Achse;

einer Einrichtung (13) zur Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes senkrecht zu dem ersten Magnetfeld mit einer Larmorfrequenz, wobei die Larmorfrequenz durch das erste Magnetfeld und durch das Objekt festgelegt wird;

einer Einrichtung (13) zum Detektieren von Signalen, die von dem Objekt emittiert werden, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch

eine Einrichtung (17), die geeignet ist, eine Modulationsspannung mit einer zweiten Frequenz zu erzeugen, die kleiner ist als die Larmorfrequenz;

eine Einrichtung (13) mit mindestens zwei Leitern, die parallel zueinander und parallel zu dem ersten Magnetfeld angeordnet sind und an die die Modulationsspannung bereitgestellt wird, wodurch ein elektrisches Feld mit der zweiten Frequenz erzeugt wird, wobei das elektrische Feld einen linearen magnetischen Feldgradienten in dem Meßraum zwischen den Leitern erzeugt;

eine Steuereinrichtung (18), die geeignet ist, die Spannung an die Leiter anzulegen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (18) ferner eine Einrichtung zur Verarbeitung der detektierten Signale aufweist, um ein Bild zu erzeugen.

8. MRI-Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Einrichtung (13) mit mindestens zwei Leitern, die parallel zueinander angeordnet sind, aufweist:

mehrere leitfähige Drähte (30), die parallel zueinander angeordnet und in Form eines Zylinders ausgebildet sind;

einen ersten Ringleiter, der die leitfähigen Drähte an einem Ende der leitfähigen Drähte verbindet; und

einen zweiten Ringleiter, der die leitfähigen Drähte an einem Ende gegenüber dem einen Ende der leitfähigen Drähte verbindet;

wobei die Modulationsspannung an die Drähte (30) so bereitgestellt wird, daß das elektrische Feld sich um die leitfähigen Drähte (30) mit einer dritten Frequenz dreht, die viel kleiner ist als die zweite Frequenz.

9. MRI-Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die Einrichtung zur Erzeugung des elektrischen Feldes auch die Detektiereinrichtung (13) ist.

10. MRI-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Verarbeitungseinrichtung geeignet ist, eine Projektionsrekonstruktionstechnik zu verwenden, um das Bild des Objekts zu erzeugen.

11. MRI-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Verarbeitungseinrichtung geeignet ist, mindestens eine Nachschlagtabelle zu verwenden, die Bessel-Funktionen enthält, wenn die detektierten Signale verarbeitet werden, um das Bild des Objekts zu erzeugen.

12. MRI-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Verarbeitungseinrichtung geeignet ist, mindestens eine Nachschlagtabelle zu verwenden, die Lösungen zum Sommerfeldschen Integral enthält, wenn die detektierten Signale verarbeitet werden, um das Bild des Objekts zu erzeugen.

13. MRI-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Detektiereinrichtung (13) geeignet ist, die Signale zu detektieren, wenn die Modulationsspannung eine erste Polarität hat, und die Signale zu detektieren, wenn die Modulationsspannung eine Polarität entgegen der ersten Polarität hat, und die Steuereinrichtung (18) geeignet ist, die Signale, die bei entgegengesetzten Polaritäten detektiert werden, miteinander zu addieren, um dabei eine Fehlerkomponente in den Signalen zu beseitigen.

14. MRI-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die Detektiereinrichtung (13) geeignet ist, die Signale zu detektieren, wenn die Modulationsspannung eine erste Polarität hat, und die Signale zu detektieren, wenn die Modulationsspannung eine Polarität entgegen der ersten Polarität hat, und die Steuereinrichtung (18) geeignet ist, die Signale, die bei entgegengesetzten Polaritäten detektiert werden, zu subtrahieren, um eine Fehlerkomponente in den Signalen zu bestimmen, wobei die Fehlerkomponente zur Steuerung einer Qualität des Bildes verwendet wird.

15. Vorrichtung zur Erzeugung magnetischer Feldgradienten zur Verwendung bei der Magnetresonanzbilderzeugung eines Objekts, mit den Schritten:

Anordnen mehrerer leitfähiger Drähte (30) parallel zueinander in Form eines Zylinders;

Verbinden der mehreren leitfähigen Drähte (30) mittels eines ersten Ringleiters an einem Ende der leitfähigen Drähte (30);

Verbinden der mehreren leitfähigen Drähte (30) mittels eines zweiten Ringleiters an einem Ende entgegen dem einen Ende der leitfähigen Drähte (30);

Abstimmen der leitfähigen Drähte (30) auf eine Larmorfrequenz des Objekts, so daß Spannungen nahe der Larmorfrequenz sich um die Anordnung drehen können und andere Signale, z. B. Signale, die mit der ersten Frequenz schwingen, daran gehindert werden, sich um diese Anordnung zu drehen;

Erzeugen einer zeitvariablen Spannung mit einer ersten Frequenz, die kleiner ist als die Larmorfrequenz des Objekts;

Anlegen der zeitvariablen Spannung an aufeinanderfolgende Paare von diametral entgegengesetzten Drähten mit einer zweiten Frequenz, wobei die zweite Frequenz viel kleiner ist als die erste Frequenz;

16. Verfahren zur Erzeugung magnetischer Feldgradienten nach Anspruch 15, wobei die leitfähigen Drähte (30) nahe an die Larmorfrequenz abgestimmt sind.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, ferner mit den Schritten:

Erzeugen von Hochfrequenzfeldern mit einer Frequenz, die nahe der Larmorfrequenz zentriert ist; und

Anlegen der Hochfrequenzfelder an die leitfähigen Drähte (30);

wobei die Hochfrequenzfelder zirkular polarisiert sind und sich um die leitfähigen Drähte (30) drehen.

18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, ferner mit den Schritten:

Anschließen eines ersten Satzes von Filtern an den ersten Ringleiter zwischen den leitfähigen Drähten (30) zum Abstimmen der leitfähigen Drähte (30) nahe an die Larmorfrequenz; und

Schalten eines zweiten Satzes von Filtern zwischen die Anlegeeinrichtung und den ersten Ringleiter zum Durchlassen der ersten Frequenz und zum Ausfiltern der Larmorfrequenz.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, ferner mit den Schritten:

Detektieren von Signalen, die von dem Objekt erzeugt werden, mittels der leitfähigen Drähte (30); und

Verarbeiten der detektierten Signale, um ein Bild des Objekts zu erzeugen.

20. Verfahren zum Detektieren von Signalen von einem Objekt mit magnetischer Resonanz, mit den Schritten:

Erzeugen eines ersten Magnetfeldes entlang einer ersten Achse;

Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes senkrecht zu dem ersten Magnetfeld mit einer Larmorfrequenz, wobei die Larmorfrequenz von dem ersten Magnetfeld und von dem Objekt festgelegt wird;

Erzeugen einer Modulationsspannung mit einer zweiten Frequenz, die kleiner ist als die Larmorfrequenz;

Bereitstellen der Modulationsspannung an mindestens zwei zueinander parallelen Leitern, die zum ersten Magnetfeld parallel sind, um ein elektrisches Feld mit der zweiten Frequenz zu erzeugen, wobei das elektrische Feld einen linearen magnetischen Feldgradienten in dem Meßraum zwischen den Leitern bereitstellt, und

Detektieren von Signalen, die von dem Objekt emittiert werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, ferner mit dem Schritt:

Verarbeiten der detektierten Signale, um ein Bild des Objekts zu erzeugen.

22. Verfahren zur Erzeugung von Bildern nach Anspruch 20 oder 21, ferner mit den Schritten:

wobei das elektrische Feld sich um die leitfähigen Drähte mit einer dritten Frequenz dreht, die viel kleiner ist als die zweite Frequenz.

23. Verfahren nach Anspruch 20, 21 oder 22, wobei der Schritt zur Erzeugung des elektrischen Feldes von einer Antennenstruktur durchgeführt wird, die auch den Schritt zum Detektieren der Signale durchführt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei der Verarbeitungsschritt eine Projektionsrekonstruktionstechnik verwendet, um das Bild des Objekts zu erzeugen.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei der Verarbeitungsschritt mindestens eine Nachschlagtabelle verwendet, die Bessel-Funktionen enthält, wenn die detektierten Signale verarbeitet werden, um das Bild des Objekts zu erzeugen.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei der Verarbeitungsschritt mindestens eine Nachschlagtabelle verwendet, die Lösungen zu einem Sommerfeldschen Integral enthält, wenn die detektierten Signale verarbeitet werden, um das Bild des Objekts zu erzeugen.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei der Schritt zum Detektieren der Signale die Schritte zum Detektieren der Signale aufweist, wenn die Modulationsspannung eine erste Polarität hat und wenn die Modulationsspannung eine Polarität entgegen der ersten Polarität hat, und der Schritt zum Verarbeiten der Signale und zum Erzeugen des Bildes den Schritt aufweist: Addieren der Signale miteinander, die mit entgegengesetzter Polarität ermittelt werden, um eine Fehlerkomponente in den detektierten Signalen zu beseitigen.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, wobei der Schritt zum Detektieren der Signale die Schritte zum Detektieren der Signale aufweist, wenn die Modulationsspannung eine erste Polarität hat und wenn die Modulationsspannung eine Polarität entgegen der ersten Polarität hat, und der Schritt zum Verarbeiten der Signale und zum Erzeugen des Bildes den Schritt aufweist: Subtrahieren der Signale voneinander, die mit entgegengesetzten Polaritäten ermittelt werden, um eine Fehlerkomponente in den detektierten Signalen zu bestimmen, wobei die Fehlerkomponente zur Steuerung einer Qualität des Bildes verwendet wird.